Ученые объяснили, почему разные деревья ломаются при одинаковом ветре
Грациозный тополь, узловатая береза или толстенный, прочный дуб – все деревья ломаются при одной и той же скорости ветра. Как показала новая работа французских ученых, все, что укрепляет ствол, одновременно и ослабляет его. Максимальная скорость ветра, которую способны выдержать любые деревья, составляет примерно 150 км/ч.
В январе 2009 г. Францию накрыл могучий ураган «Клаус», поваливший в общей сложности 6 млн кубометров деревьев. Ученые местной Политехнической школы воспользовались случаем и составили карту этих повреждений, заметив, что число погибших деревьев в том или ином районе точно коррелирует с силой ветра, но не зависит от высоты или породы самих деревьев.
Эта загадка заинтриговала Эмануэля Виро (Emmanuel Virot) и его коллег. Они принялись измерять нагрузку, которую способны вынести стержни из древесины разных пород. К их удивлению, полученные при этих экспериментах результаты, не подчинялись обыкновенному закону Гука, который описывает деформацию твердых тел. Ученые поняли, что проблема кроется в узлах, шишках и других деформациях волокнистой структуры, которые имеются в любой древесине.
Поиск предыдущих публикаций по теме показал, что количество таких нарушений структуры в стержне растет как квадратный корень радиуса этого стержня. Это позволило Виро с соавторами провести более точные расчеты. Они показали, что критическая скорость ветра, которую способно вынести любое дерево, определяется небольшим набором параметров, включая плотность и скорость движения воздуха, толщину, диаметр и форму ствола и кроны.
Но что самое странное, свойства самого дерева на итог практически не влияли, взаимно компенсируя друг друга. Так, утолщение ствола увеличивает поверхность, которая подставляется ветру, и количество деформаций и напряжений, которые возникают в нем. Большая твердость древесины делает ее менее упругой – и так далее. В результате максимум, который способно выдержать подавляющее большинство деревьев, составляет 42 м/с (151 км/ч).
Изменение параметров дерева этой цифры практически не меняет. Удвоение толщины ствола повышает ветроустойчивость лишь на 9%, а замена хрупкой сосновой древесины на прочную дубовую – на 10%. Впрочем, этого деревьям вполне достаточно: скорость ветра на нашей планете довольно редко превышает 50 м/с.
Источник
Как определить — упадет ли дерево?
Владельцы загородных участков с высокими лесными деревьями, растущими на их частной территории или в непосредственной близости часто задаются вопросом — а не опасно ли такое соседство? Как определить упадет ли дерево при сильном ветре или не сломается ли от снеголома?
Наибольшие опасения, как правило, внушают высокие березы и ели. Это и неудивительно, ведь именно они подвержены внезапному падению, когда, казалось бы ничто этого не предвещало. Каждый из нас помнит картины Шишкина, на которых изображены вывороченные из земли еловые корневые лапы, рядом с которыми резвятся молодые медведи. Корневая система ели поверхностная и плохо противостоит шквальным ветрам. Более того, древесина ели и березы подвержена различным грибным заболеваниям, превращающим ее в труху. Корневые губки и дереворазрушающие трутовики часто являются причиной слома.
Для определения ветровальности деревьев существует инструментальный и визуальный методы диагностики. Расскажем о них подробнее. Инструментальный метод подразумевает исследование ствола при помощи специальных приборов, которые определяют наличие или отсутствие гнили в древесине ствола. Наиболее известные на сегодняшний день приборы для этой цели — Арботом и Резистограф. Первый работает при помощи специальных датчиков, размещенных по окружности исследуемого ствола, а второй определяет гниль после бурения древесины вглубь. Оба метода достаточно дорогостоящи и вряд ли подходят для исследования больших участков с лесными насаждениями. Еще один метод инструментальной диагностики деревьев – это исследование при помощи обычного ручного бурава. Метод прост и дешев, однако повреждение буравом древесины ствола не исключает попадание в рану спор все тех же древесиноразрушающих грибов.
Визуальная диагностика подразумевает наличие соответствующих знаний у специалиста. Такую диагностику проводит специалист лесопатолог. Только он может сказать, упадет ли дерево при определенном стечении обстоятельств или выстоит даже при сильном урагане. Важно учитывать все факторы – наклон и искривление стволов, всевозможные утолщения на стволах, появление водяных побегов, наличие ран и сухобочин, старых обдиров коры и морозобоин. Все это может быть косвенными признаками, указывающими на то, что дерево может внезапно сломаться. После обследования лесопатолог рассказывает о предположительной дальнейшей судьбе дерева и дает рекомендации об уходе за лесными насаждениями. Возможно потребуется применение вышеуказанных инструментальных методов для диагностики наиболее уязвимых и внушающих опасение деревьев. При необходимости могут быть проведены работы по закреплению опасных деревьев при помощи специальных тросов, которые обезопасят владельцев участка от внезапного слома ствола.
Источник